Standardmodellen - alfin.dk
Standardmodellen - alfin.dk
Standardmodellen - alfin.dk
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>Standardmodellen</strong><br />
Allan Finnich 1<br />
1 Københavns Universitet, Niels Bohr Institutet<br />
(Dated: 5. april 2013)<br />
Atomos er græsk og betyder det udelelig. Det er her navnet atom stammer fra. I lang tid mente<br />
man, at alt var opbygget af atomer. Vi er i dag blevet langt klogere. Det vi nu kalder for et atom<br />
er nemlig deleligt! Men hvad best˚ar et atom s˚a af? Det er netop det som standard-modellen blandt<br />
andet forklarer.<br />
Vi vil i denne artikel se, at standard-modellen ikke alene indeholder ingredienserne - fermionerne -<br />
til al stof, men ogs˚a hvordan ingredienserne spiller sammen - bosonerne. I den forbindelse kommer vi<br />
ind p˚a leptoner, kvarker, informationsbærende partikler mm. Kort sagt vil vi i denne artikel forklare<br />
hvad standard-modellen er, hvad den indeholder og om den er fuldendt eller ej i laymans termer.<br />
HVAD TROEDE MAN I GAMLE DAGE?<br />
Vi starter i ˚ar 400 f.Kr. De græske filosoffer Leucipus<br />
og Democrius hævdede, at alt stof var lavet af usynlige<br />
partikler, som de valgte at kalde atomer.<br />
Herefter gik der faktisk ret langt tid før der skete en<br />
banebrydende udvikling. Den engelske videnskabsmand<br />
John Dalton, 1766-1844, som oftest kaldes for<br />
faderen af den moderne kemi, udvidede Leucipus og<br />
Democrius’ teori. Dalton postulerede blandt andet, at<br />
alle atomer af et givent element er ens, og som en følge<br />
heraf kunne elementer bestemmes alene ud fra deres<br />
respektive vægt.<br />
Derfra begyndte der at komme gang i opdagelserne:<br />
ELEKTRONEN OG PROTONEN: Omkring slutningen<br />
af det 19. ˚arhundrede inds˚a man, at atomer godt kan<br />
“deles” da J. J. Thomson opdagede elektronen viste han<br />
nemlig, at atomer kan brydes ned til mindre partikler. I<br />
1911 blev protonens størrelse m˚alt af Ernest Rutherford.<br />
Protonens diameter skønnes i dag til at være cirka<br />
10 −15 m.<br />
FOTONEN: Den tyske fysiker Max Planck fremsatte<br />
i 1900 hypotesen, at lys kan opfattes som sm˚a kvanter<br />
(pakker) af energi, givet ved E = hf, hvor E er<br />
energien, h er Plancks konstant (6.63 · 10 −34 Js) og f er<br />
frekvensen. Albert Einstein arbejde videre med Plancks<br />
hypotese og benyttede den i 1905 til at forklare en fotoelektriske<br />
effekt, for hvilke han modtog Nobelprisen.<br />
Disse energipakker blev i 1926 navngivet fotoner af den<br />
amerikanske fysiker Gilbert N. Lewis.<br />
NEUTRONEN: I 1932 opdagede den engelske fysiker<br />
James Chadwick eksperimentelt neutronen. Neutronens<br />
navn fandt Chadwick selv p˚a da hans forsøg viste, at<br />
de er elektriske neutrale og har cirka samme masse som<br />
protonen.<br />
For en mere detaljeret tidslinje af opdagelser kan<br />
jeg anbefale hjemmesiden http://www.davidterr.<br />
com/science-articles/particle_physics.html.<br />
HVAD ER STANDARD-MODELLEN?<br />
Alt var øjensynligt i den skønneste orden i og med at<br />
disse f˚a, men essentielle, førnævnte opdagelser kunne<br />
benyttes til at give et godt atombillede. Men der opstod<br />
problemer, da der senere blev fundet flere partikler<br />
s˚asom positronen og muonen (vi vender tilbage til<br />
disse partikler senere). Problemet bestod i, at de virkede<br />
overflødige i og med elektronen, protonen, neutronen<br />
og fotonen var nok til at opbygge det periodiske system<br />
og dermed alt stof! En større model m˚atte derfor være<br />
en nødvendighed.<br />
Startskuddet til en s˚adan model lød i 1960 og kom fra<br />
den amerikanske fysiker Sheldon Glashow. Som tiden er<br />
g˚aet er modellen blevet udviddet og er det vi i dag kalder<br />
for standard-modellen.<br />
Ingredienserne i standard-modellen er elementarpartikler,<br />
hvilket er benævnelsen for partikler, der ikke har<br />
nogen indre struktur: Det vil sige, at de ikke er opbygget<br />
af mindre partikler, s˚a vidt vi kan se, da det indtil videre<br />
ikke er muligt at se mere detaljeret end 10 −19 m. Elektronen<br />
er et klassisk eksempel p˚a en elementarpartikel.<br />
Endvidere følger elementarpartiklerne ogs˚a et sæt<br />
spilleregler. Disse spilleregler er givet ved tre fundamentale<br />
kræfter: Den elektromagnetiske kraft, den stærke kernekraft<br />
og den svage kernekraft. Vi kommer til at høre mere<br />
om disse tre fundamentale kræfter senere. Der findes<br />
dog ogs˚a en fjerde fundamental kraft - nemlig den<br />
gravitationelle kraft, men denne er endnu ikke en del af<br />
standard-modellen.<br />
Helt kort sagt er standard-modellen opskriften p˚a<br />
(næsten) alt fundamentalt i universet.<br />
ENHEDEN ELEKTRONVOLT (eV)<br />
I dagligdagen er den mest praktiske masseenhed at benytte<br />
kilogram: Prisen p˚a frugt, grønt, slik etc. udregnes
efter deres pris per kilogram. Den gængse vægtenhed<br />
for olietankere, krydstogtskibe etc. er ton eller kiloton.<br />
Kort sagt s˚a anvendes den masseenhed som der findes<br />
mest belejlig alt efter hvilket felt man beskæftiger sig<br />
med.<br />
I partikelfysikken arbejdes der med en særlig masseenhed,<br />
da enheden kilogram ikke er den mest praktiske<br />
at benytte i denne kontekst. En mere praktisk masseenhed<br />
opn˚as ved at m˚ale energi i enheden elektronvolt<br />
eV. Én elektronvolt er den mængde energi der skal til,<br />
for at føre en elektron gennem et potentiale p˚a én volt.<br />
Sammenspillet mellem joule og elektronvolt er 1 eV =<br />
1.602 · 10 −19 J. Benytter man nu Einsteins legendariske<br />
formel E = mc 2 ser vi, at masse kan udtrykkes som<br />
m = E/c 2 . Masseenheden, som derfor er indført er elektronvolt<br />
per lysets hastighed kvadreret eV/c 2 . En elektron<br />
vejer eksempelvis 0.51 MeV/c 2 = 9.11 · 10 −31 kg.<br />
Denne nye enhed for masse er den vi ogs˚a vil benytte<br />
fremover.<br />
HVAD HAR VI AF ELEMENTARPARTIKLER?<br />
Lad os nu begynde at opbygge vores liste af ingredienser<br />
- elementarpartiklerne. De partikler, som<br />
udgør standard-modellen inddeles i tre klasser: Leptoner,<br />
kvarker og kraftbærende partikler.<br />
Leptoner<br />
I standard-modellen har vi seks leptoner: Elektronen<br />
(e − ) og dens neutrino νe, muonen (µ) og dens neutrino<br />
νµ, tauen (τ) og dens neutrino ντ . Se tabel I for listen<br />
over de seks leptoner og deres egenskaber.<br />
Neutrinoer har ingen elektrisk ladning, men har masse.<br />
Før i tiden troede man, at neutrinoer var masseløse<br />
som fotoner. Massen af neutrinoer er dog i forhold til<br />
elektronen meget lille: Eksempelvis har elektronen massen<br />
0.511 MeV/c 2 og elektronneutrinoen menes at have<br />
en masse p˚a højst 2 · 10 −6 MeV/c 2 . Navnet neutrino m˚a<br />
siges at være ret passende eftersom det p˚a italiensk betyder<br />
“lille neutrale”.<br />
Antineutrinoer kan blandt andet observeres i et β − -<br />
henfald, hvor en fri neutron (n) henfalder til en proton<br />
(p), en elektron og en antielektronneutrino, hvilket vi<br />
kommer til at se senere.<br />
Kvarker<br />
Protonen og neutronen var, ifølge Dalton, Leucipus og<br />
Democrius, elementarpartikler. Men midt i 60’erne blev<br />
der fremsat en teori som hævdede, at disse partikler var<br />
opbygget af kvarker. Denne teori om kvarker har levet i<br />
bedste velg˚aende siden da, eftersom kvarkers eksistens<br />
Lepton Spin [] Ladning [e] Masse 1/c 2<br />
νe<br />
1/2 0 < 2.2 eV<br />
νµ<br />
1/2 0 < 0.17 MeV<br />
ντ<br />
1/2 0 < 15.5 MeV<br />
e − 1/2 −1 0.511 MeV<br />
µ 1/2 −1 105.7 MeV<br />
τ 1/2 −1 1.777 GeV<br />
Tabel I: Liste over de seks leptoner. De er opremset efter deres<br />
masse med de letteste øverst: S˚aledes er elektronneutrinoen<br />
νe den letteste og tauen τ er den tungeste. BEMÆRK, at<br />
neutrinoernes masse er angivet som en øvre grænse for, hvad<br />
man mener den bør være.<br />
stemmer overens med b˚ade teori og eksperimenter.<br />
I kvark-teoriens unge dage havde man tre slags (flavors)<br />
kvarker: Up-kvark (u), down-kvark (d) og strangekvark<br />
(s). Eftersom tiden er g˚aet har man fundet yderligere<br />
tre kvarker: Charm-kvark (c), top-kvark (t) og<br />
bottom-kvark (b).<br />
Endvidere har kvarker ogs˚a elektrisk ladning og det<br />
viser sig, at deres ladninger er et rationalt multiplum af<br />
elektronens ladning. I tabel II kan kvarkernes egenskaber<br />
ses.<br />
En interessant ting er, at kvarkernes masse ikke<br />
stemmer overens med massen af den partikel, som<br />
de danner. Tager vi eksempelvis massen af en proton<br />
(938.3 MeV/c 2 ) og sammenligner med summen af to upog<br />
en down-kvark (se tabel II) finder vi, at cirka 1% af<br />
kvarkernes masse udgør protonens, hvilket ikke umiddelbart<br />
hænger sammen. Forklaringen ligger i bindingsenergien<br />
gluonerne har for at holde kvarkerne sammen.<br />
Denne bindingsenergi giver ophav til den manglende<br />
masse gennem Einsteins formel E = mc 2 .<br />
Med kvarkernes tilkomst blev partikler inddelt i to<br />
klasser: Baryoner og mesoner. Hvilken klasse partiklerne<br />
tilhører afgøres af deres kvark-sammensætning.<br />
Baryoner best˚ar af tre kvarker. Eksempelvis, best˚ar en<br />
proton af to up-kvarker og en down-kvark og en neutron<br />
af to down-kvarker og en up-kvark og er s˚aledes<br />
baryoner. Der findes ogs˚a anti-baryoner, som blot er en<br />
baryon best˚aende af tre anti-kvarker. Anti-protonen (p)<br />
har s˚aledes kvarksammensætningen uud.<br />
Mesoner best˚ar af en kvark og antikvark. Et<br />
par eksempler er partiklen π + , som har kvarksammensætningen<br />
ud og K + , der best˚ar af us.<br />
For, at f˚a kvark-teorien til at passe med observationerne<br />
har man antaget, at hver type/flavor af kvarker<br />
f˚as i tre varianter - nemlig farver: Rød, grøn og bl˚a. Som<br />
en grundregel m˚a kvarkerne, partiklen er opbygget af,<br />
ikke have samme farve. Denne regel overholdes, hvis<br />
summen af alle farverne resulterer i hvid. Dog kan kvarker<br />
skifte farve som det nu engang passer dem. Disse<br />
informationer om farveskift sker via gluonerne, som er<br />
de partikler der holder kvarkerne sammen. Men fordi<br />
farvereglen skal overholdes m˚a det betyde, at en gluon<br />
2
Kvark-flavor Spin [] Ladning [e] Masse 1/c 2<br />
Up 1/2 2/3 2.4 MeV<br />
Down 1/2 − 1/3 4.8 MeV<br />
Strange 1/2 − 1/3 104 MeV<br />
Charm 1/2 2/3 1.27 GeV<br />
Bottom 1/2 − 1/3 4.2 GeV<br />
Top 1/2 2/3 171.2 GeV<br />
Tabel II: Liste over de seks flavors af kvarker. De er opremset<br />
efter deres masse med de letteste øverst: S˚aledes er<br />
Up-kvarken den letteste og Top-kvarken er den tungeste.<br />
BEMÆRK, at de individuelle kvarkers masse kun er det man<br />
mener de bør være, hvis man skal følge diverse teorier. De er<br />
ikke fastsat eksperimentelt.<br />
indeholder informationer i form af en farve-antifarve<br />
kombination. En anden konsekvens er, at hvis blot en<br />
kvark ønsker at skifte farve er det s˚aledes nødvendigt,<br />
at de resterende ogs˚a gør det, for eller brydes farvereglen.<br />
Kraftbærende partikler<br />
Vi har endnu ikke forklaret, hvordan de tre fundamental<br />
kræfter spiller sammen med partiklerne. I den<br />
forbindelse skal vi tale om de kraftbærende partikler,<br />
der er de partikler som repræsenterer spillereglerne i<br />
form af de tre fundamental kræfter.<br />
DEN ELEKTROMAGNETISKE KRAFT: Denne kraft er<br />
ansvarlig for blandt andet at binde en elektron til en<br />
proton - alts˚a den sørger for, at der findes elektriske og<br />
magnetiske til- og frastødninger. Men hvis to elektroner<br />
er i nærheden af hinanden, hvordan ved de s˚a at de skal<br />
frastøde hinanden? Hvordan bliver deres individuelle<br />
egenskaber kendt af den anden? P˚a en eller anden m˚ade<br />
m˚a der blive sendt nogle informationer af sted, s˚aledes<br />
elektronerne begge ved, at de har samme ladning og<br />
derfor skal frastøde hinanden.<br />
I den elektromagnetiske kraft, er det fotonen der<br />
er den kraftbærende partikel. Det vil sige, at n˚ar to<br />
elektroner er i nærheden af hinanden vil de udveksle<br />
informationer i form af fotoner. Figur 1 viser et<br />
Feynman-diagram over netop s˚adan en situation.<br />
Uden den elektromagnetiske kraft ville eksempelvis<br />
radiobølger ikke være mulige, da disse er opbygget af<br />
oscillerende elektriske og magnetiske felter. Kemiske<br />
reaktioner ville heller ikke være mulige, hvis ikke<br />
elektroner blev tiltrukket af kernen, da disse udelukkende<br />
sker ved en omrangering af stofferens yderste<br />
elektron(er).<br />
DEN STÆRKE KERNEKRAFT: Den stærke kernekraft<br />
er ansvarlig for, at kerner (protoner og neutroner) i<br />
atomer holdes sammen. Samtidig er det ogs˚a denne<br />
Tid<br />
e −<br />
e −<br />
γ<br />
e −<br />
e −<br />
Figur 1: Figuren viser et Feynman-diagram over situationen,<br />
hvor to elektroner frastøder hinanden. Elektronerne ved de<br />
skal frastøde hinanden, da der mellem dem bliver sendt informationer<br />
om deres respektive egenskaber via fotoner (fotoner<br />
har symbolet γ). Ved udsendelsen af fotoner ved begge<br />
elektroner, at de har samme ladning og derfor skal frastøde<br />
hinanden.<br />
fundamentalkraft, der gør, at kvarker og gluoner holdes<br />
sammen. Rækkevidden for denne fundamentalkraft er<br />
ikke særlig stor; cirka en protons diameter, hvilket er<br />
omkring 10 −15 m = 1 fm. Der er m˚aske nu grundlag<br />
for lidt forvirring eftersom gluoner ogs˚a indeholdte<br />
en farve-antifarve-kombination. Men det menes, at<br />
gluoner samtidig med en farve-antifarve-kombination<br />
ogs˚a informerer sig selv, kvarker, protoner og neutroner,<br />
om at de skal holde sammen. Gluonen er s˚aledes den<br />
stærke kernekrafts kraftbærende partikel.<br />
DEN SVAGE KERNEKRAFT: Den svage kernekraft<br />
kommer i spil i de fleste tilfælde ved partikelhenfald.<br />
Eksempelvis, det tidligere nævnte β − -henfald: En<br />
fri neutron henfalder til en proton, elektron og antielektronneutrino.<br />
Reaktionsskemaet for et β − -henfald<br />
er<br />
n = udd → p + e − + ν e − = uud + e − + ν e −.<br />
Se figur 2. Vi kan alts˚a se, at en down-kvark skifter flavor<br />
til en up-kvark. Eksperimentelt er det vist, at udsendelsen<br />
af en W − -partikel er ˚arsag til ændringen i<br />
kvarkflavoren. Endvidere har man ogs˚a fundet ud af, at<br />
W − -partiklen henfalder til netop en elektron og en antielektronneutrino.<br />
S˚a det fulde reaktionsskema for β − -<br />
henfald er<br />
n → p + W − → p + e − + ν e −.<br />
Det helt unikke ved den svage kernekraft er, at denne<br />
er den eneste af de fundamentale kræfter som giver ophav<br />
til, at kvarker kan ændre flavor, hvilket netop sker<br />
3
Tid<br />
u d u<br />
u d d<br />
W −<br />
e −<br />
νe<br />
Figur 2: Figuren viser et Feynman-diagram over et β − -<br />
henfald. Henfaldet sker ved at en down-kvark ændrer flavor<br />
til en up-kvark, og derved udsender en W − -partikel, som selv<br />
henfalder til en elektron og en antielektronneutrino.<br />
i β − -henfald. Antallet at kraftbærende partikler tilknyttet<br />
denne kraft er ogs˚a en udstikker i og med, der eksperimentelt<br />
er fundet tre: W − -, W + - og Z 0 -partiklen.<br />
W + -partiklen indg˚ar i β + -henfald, hvor energi tilføjes<br />
til et proton, som konverteres til en neutron og W + -<br />
partikel og kort efter henfalder den til en positron og<br />
elektronneutrino. Z 0 -partiklen kan blandt andet observeres<br />
i elektron-positron annihilation.<br />
Uden denne fundamentalkraft ville alt liv p˚a vores lille<br />
bl˚a planet ikke eksisterer! Dette skyldes, at den svage<br />
kernekraft er motoren i solen. Solen ville ganske simpelt<br />
ikke udsende energi i form af lys uden denne kraft.<br />
Solens lys er et resultat af den process kaldet protonproton-reaktionen,<br />
som foreg˚ar inde i kernen af solen.<br />
Higgs-partiklen<br />
Et spørgsm˚al der har plaget fysikere i mange ˚ar er, hvordan<br />
alle de partikler, som vi i dag kender til, har f˚aet<br />
deres masse. Peter Higgs, en engelsk fysiker, fremsatte<br />
i 60’erne en teori omkring, at elementarpartiklerne<br />
har f˚aet informationer omkring, at de skal have masse<br />
af en anden partikel - nemlig Higgs-partiklen. Higgspartiklen,<br />
hvis den fandtes, skulle have spin 0 og være<br />
elektrisk neutral.<br />
Datoen den 4. juli 2012 kan i denne forbindelse g˚a hen<br />
og blive en yderst stor milesten - nemlig eksperimentel<br />
evidens for Higgs-partiklen! Data fra b˚ade ATLASog<br />
CMS-detektoren viste, at der med stor sandsynlighed<br />
er observeret en partikel med masse p˚a omkring<br />
126 GeV, hvilket er indenfor det interval som man mener,<br />
at Higgs-partiklen bør ligge i. Analyserne er dog<br />
Kraftboson Spin [] Ladning [e] Masse 1/c 2<br />
Foton 1 0 0 eV<br />
Gluon 1 0 0 eV<br />
Z 0<br />
1 0 91.2 GeV<br />
W ±<br />
1 ±1 80.4 GeV<br />
H 0<br />
0 0 126 GeV<br />
Tabel III: Alle kraftbosonerne og deres egenskaber.<br />
endnu ikke fuldendte, og det lyder indtil videre stadig<br />
officielt, at der er observeret en “Higgs-like” partikel.<br />
Men der er dog en overvejende del af den akademiske<br />
verden, der mener at Higgs-partiklen med sikkerhed er<br />
observeret.<br />
STANDARD-MODELLEN<br />
P˚a nuværende tidspunkt er vi udstyret med et helt sæt<br />
partikler - nemlig leptonerne, kvarkerne og kraftbærende<br />
partikler. Det forholder sig s˚aledes, at leptonerne og<br />
kvarkerne tilhører klassen af partikler kaldet fermioner<br />
og de kraftbærende-partikler bosoner. Fermioner og bosoner<br />
adskiller sig p˚a tre væsentlige punkter.<br />
Det første er deres spin, som er hvor meget de roterer<br />
rundt om deres egen akse. Fermioner har det, som kaldes<br />
halve heltals-spin, hvor bosoner har heltals-spin. En<br />
elektron har spin 1/2, hvor er den reduceret Planckkonstant<br />
som er h/(2π). S˚a en elektron er en fermion.<br />
Det andet væsentlige punkt er, at fermioner er underlagt<br />
Paulies eksklusionsprincip, der ordret siger: “Ingen<br />
fermioner kan være i samme kvantemekaniske tilstand<br />
p˚a det samme sted”. Eksklusionsprincippet kan forklares<br />
ved, at vi forestiller os et halvt kalaha-spil. Den store<br />
fordybning repræsenterer atomkernen og de mindre<br />
fordybninger til kvantemekaniske tilstande. For at eksklusionsprincippet<br />
skal overholdes m˚a der kun ligge en<br />
glaskugle i hver fordybning! Bosoner er, i modsætning<br />
til fermioner, ikke underlagt Paulis eksklusionsprincip,<br />
hvilket præcis er princippet bag en laser.<br />
Det tredje og sidste punkt er, at alle fermioner har en<br />
tilsvarende unik antipartikel. Antipartiklerne er identiske<br />
bortset fra den elektriske ladning, der blot har<br />
modsat fortegn. Eksempelvis, er elektronens antipartikel<br />
den, førnævnte, positron. Elektronen har ladningen<br />
−e = −1.602 · 10 −19 C s˚a positronen har ladningen e. Bosoner<br />
er her noget anderledes. Disse har ogs˚a en antipartikel<br />
men i det fleste tilfælde ikke unik. En foton, eksempelvis,<br />
har spin 0 og er derfor en boson, men den er<br />
sin egen antipartikel. W + -partiklen, som er en af de tre<br />
kraftbærende partikler for den svage kernekraft, er ogs˚a<br />
en boson, da den har spin 1 , men dens antipartikel er<br />
W − -partiklen. Ergo har den en unik antipartikel, men er<br />
en boson.<br />
Vi samler nu tr˚adene: Alle de fermioner vi har beskrevet,<br />
leptonerne og kvarkerne, er netop de ingredi-<br />
4
enser, som udgør al masse. De har alle spin 1/2 . Kraftbosonerne<br />
er de elementarpartikler, som fortæller hvordan<br />
fermionerne skal spille sammen i henhold til de tre<br />
førnævnte fundamental kræfter og Higgs-bosonen, der<br />
giver partikler masse. Alle kraftbosoner har spin 1 p˚a<br />
nær Higgs-bosonen, som har spin 1 .<br />
I figur 3 kan standard-modellen ses. Hver elementarpartikel<br />
har hver en boks, hvori dens masse, elektriske<br />
ladning og spin er angivet, samt dens navn og symbol.<br />
u<br />
Masse → 2.4 MeV<br />
Ladning → 2/3<br />
Spin → 1/2<br />
Navn →<br />
Kvarker<br />
Leptoner<br />
Up<br />
1/2d Down<br />
4.8 MeV<br />
-1/3<br />
νe<br />
< 2.2 eV<br />
0<br />
1/2<br />
Elektron<br />
neutrino<br />
e<br />
0.511 MeV<br />
−1<br />
1/2<br />
Generationer<br />
af fermioner<br />
I II III<br />
Elektron<br />
1.27 GeV<br />
2/3<br />
1/2<br />
c<br />
Charm<br />
104 MeV<br />
-1/3<br />
1/2 s<br />
Strange<br />
νµ<br />
< 0.17 MeV<br />
0<br />
1/2<br />
Muon<br />
neutrino<br />
µ<br />
105.7 MeV<br />
−1<br />
1/2<br />
Muon<br />
171.2 GeV<br />
2/3<br />
1/2<br />
t<br />
Top<br />
1/2b<br />
4.2 GeV<br />
-1/3<br />
Bottom<br />
< 15.5 MeV<br />
0<br />
1/2<br />
ντ<br />
Tau<br />
neutrino<br />
τ<br />
1.777 GeV<br />
−1<br />
1/2<br />
Tau<br />
0 eV<br />
0<br />
1<br />
γ<br />
Foton<br />
0 eV<br />
0<br />
1 g<br />
Gluon<br />
Z 0<br />
91.2 GeV<br />
0<br />
1<br />
Svag kraft<br />
boson<br />
W ±<br />
80.4 GeV<br />
±1<br />
1<br />
Svag kraft<br />
boson<br />
H 0<br />
126 GeV<br />
0<br />
0<br />
Higgs<br />
Kraftbosoner<br />
Figur 3: Billedet viser standard-modellen. Fermionerne (kvarker<br />
(lilla) og leptoner (grøn)) er organiseret efter “generationer”,<br />
hvilket er en opdeling efter deres masse, og<br />
derved ogs˚a deres stabilitet. Kolonnen yderst til højre er<br />
de kraftbærende-partikler/kraftbosoner (rød). BEMÆRK:<br />
“Massen” af standard-modellens elementarpartikler er alle angivet<br />
i energi.<br />
En vigtig ting her at bemærke er, at massen af standardmodellens<br />
elementarpartikler alle angivet i energi. Det<br />
er s˚aledes underforst˚aet, at der skal deles med lysets hastighed<br />
kvadreret for at udregne massen.<br />
Organiseringen af fermionerne (kvarker (lilla) og leptoner<br />
(grøn)) i standard-modellen er efter “generationer”,<br />
som blot er en organisering efter deres vægt.<br />
Første generation er de letteste osv. Men denne organisering<br />
fortæller ogs˚a, hvad der er de mest stabile, idet en<br />
partikel vil henfalde hurtigere jo tungere den er. Ergo er<br />
første generation de partikler som dem i anden og tredje<br />
generation vil henfalde til med tiden. Kraftbosonerne<br />
(rød) er samlet i en kolonne for sig selv.<br />
ER DER S ˚A SLET INGEN HULLER I<br />
STANDARD-MODELLEN?<br />
Et af de sidste skridt til at kunne hæve standardmodellen<br />
til at være en opskrift p˚a absolut alt fundamentalt<br />
i universet, er at finde en kraftbærende-partikel<br />
der repræsenterer den gravitationelle kraft. Men p˚a det<br />
atomare plan, er denne kraft den svageste af de fire fundamentalkræfter.<br />
I partikelfysikken er den s˚a svag, at<br />
man faktisk ser bort fra den. Derfor har man indtil videre<br />
ikke kunnet bevise eksperimentelt, hvordan eksempelvis<br />
planeter ved, at de skal holde sammen eller generelt<br />
hvorfra legemer ved at de skal tiltrækkes af hinanden.<br />
Men hvis teorien skal holde stik er den gravitationelle<br />
kraft repræsenteret ved en boson, kaldet gravitonen,<br />
som skal have spin 2, være elektrisk neutral og<br />
masseløs. Den er dog endnu ikke fundet, da man endnu<br />
ikke ved, hvordan den kan observeres eksperimentelt.<br />
Som det ser ud i dag er standard-modellen en samling<br />
af elementarpartikler, der er opskriften p˚a næsten<br />
alt fundamentalt i universet.<br />
FORESL ˚AET VIDERE LÆSNING OG KILDER<br />
[1] University Physics with modern physics, Young and Freedman,<br />
12. udgave, Pearson Addison Wesley.<br />
[2] University Physics Revised edition, Harris Benson, John<br />
Wiley & sons.<br />
[3] Introduction to elementary particles, David J. Griffiths, John<br />
Wiley & sons.<br />
[4] Introductory Nuclear Physics, Kenneth S. Krane, 2. udgave,<br />
John Wiley & sons.<br />
[5] http://public.web.cern.ch/public/en/Science/<br />
StandardModel-en.html.<br />
[6] http://public.web.cern.ch/public/en/Science/<br />
Higgs-en.html.<br />
[7] http://en.wikipedia.org/wiki/Standard_Model.<br />
5